JPH06291205A - マイクロパラレルシーム接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 寸法が異なるパッケージに対しても治具を共
用でき、治具の汎用性を高めることができ、生産能率を
著しく高めることができ、さらに装置の大型化および複
雑化を防ぐことができるマイクロパラレルシーム接合装
置を提供する。 【構成】 一対のテーパローラ電極を水平な共通Ｘ軸上
で独立に移動させる電極移動手段と、外囲器を保持し垂
直なＺ軸回りに回動可能なワークテーブルと、このワー
クテーブルをＸ軸およびＺ軸に直交するＹ軸方向に移動
させるテーブル移動手段と、電極移動手段により一対の
テーパローラ電極をキャップの対向２辺に位置合せし、
キャップの対向２辺をＹ軸方向に平行に保ちつつテーブ
ル移動手段によりワークテーブルをＹ軸方向に移動させ
る移動機構制御部とを備える。ここに治具は、同一サイ
ズの多数のパッケージを各辺が同一直線上に揃うように
保持するものが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子、水晶振動
子等のチップを搭載収納したパッケージの開口部に金属
製キャップを自動的にシーム接合するマイクロパラレル
シーム接合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子、水晶振動子等のチッ
プをパッケージ気密封止する方法として、マイクロパラ
レルシーム接合法が広く用いられている（例：特公平１
−３８３７３号公報）。

【０００３】図１１はパッケージの断面図、図１２はシ
ーム接合法の説明図である。この接合法ではまず図１１
および図１２に示すようにセラミック基板１に金属製シ
ールフレーム２をろう接してなるセラミック製（もしく
は全体が金属製）の外囲器３の内部に半導体素子等のチ
ップ４を収納し、このチップ４をワイヤ５によって外リ
ード６に電気的に接続したものを準備する。この外囲器
３の開口部にはコバール、４２アロイ等からなる金属製
キャップ（蓋板）７が被せられる（図１１）。

【０００４】そしてこのキャップの対向する２辺、例え
ば長辺側の２辺の一端縁部イに一対のテーパ付きローラ
電極８ａ、８ｂを一定の加圧条件の下で接触させる（図
１２（ａ））。この状態で外囲器３をワークテーブル９
と共に矢印Ａ方向に移動させると同時にローラ電極８
ａ，８ｂにパルセーション通電を行い、この時発生する
ジュール熱により長辺を溶融し外囲器３にシーム接合す
る。

【０００５】このようにして長辺のシーム接合が終了す
ると、ローラ電極８ａ，８ｂを一旦上昇移動させて電極
間隔を調整すると共に外囲器３を図１２（ｂ）に示すよ
うに水平面内にて９０°回転させる。その後、再びロー
ラ電極８ａ，８ｂを下降させて他の対向する２辺、すな
わち短辺を同様にシーム接合し、チップ４を封止したパ
ッケージ１０を完成させるものである。

【０００６】ここに従来の装置では、一対のローラ電極
８ａ，８ｂは互いに連動してその間隔を調整するように
構成されていた。図１３はこの電極移動手段の概念を示
す図である。この図において１１はワークテーブル、１
２はこのワークテーブル１１に固定された治具であり、
キャップ７を仮止めした外囲器３はこの治具１２に位置
決めされる。

【０００７】ローラ電極８ａ，８ｂは移動ブロック１３
ａ，１３ｂに取付けられている。また移動ブロック１３
ａ，１３ｂはそれぞれネジシャフト１４に取付けられて
いる。ブロック１３ａ，１３ｂとネジシャフト１４の螺
合部には逆方向にネジがきられている。ネジシャフト１
４はカップリング１５を介してＤＣモータ１６と接続さ
れ、ＤＣモータ１６の回転に応じてローラ電極８ａ，８
ｂの間隔が調整される。

【０００８】ここに各移動ブロック１３ａ，１３ｂは、
ワークテーブル１１の中心を通る前後方向の水平軸（Ｙ
軸）を中心として左右方向（Ｘ軸方向）へ対称に移動す
る。すなわちネジシャフト１４の回転により両移動ブロ
ック１３ａ，１３ｂは常にＹ軸方向の中心線を中心とし
てその間隔が変化する。

【０００９】また、この気密封止作業は不活性ガス雰囲
気中で行うため、接合装置はグローブボックスと呼ばれ
る箱の中に設置され、作業者はこの箱に取付けられた手
袋を通してパッケージ１０の治具１２との脱着、外囲器
３へのキャップ７の搭載等の作業を行う。

【００１０】

【従来技術の問題点】この従来装置においては、ローラ
電極８ａ，８ｂはワークテーブル１１の中心を通るＹ軸
方向の中心線を挟んで常に対称位置に移動される。この
ためパッケージ１０の２辺の中心線もこれと一致させる
必要があり、精度が高い専用治具１２の制作が必要とな
る。

【００１１】また、パッケージ１０の治具１２への搭載
個数は１個に制限され、手袋を通しての頻繁なパッケー
ジ１０の交換作業は大変面倒で生産能率が悪い。さらに
図１３に示すような構造の治具１２を用いた場合、隣接
する２辺の長さが異なるパッケージ１０に対しては、長
辺と短辺とに対して治具も変更する必要があり、生産性
は一層悪くなる。

【００１２】そこでワークテーブル１１をＹ軸方向だけ
でなくＸ軸方向にも移動可能にすることも考えられる。
しかしこの場合にはワークテーブル１１をＸ軸方向に案
内するリニヤベアリングなどを用いたガイド機構が新た
に必要となり、装置が大型化し複雑になるという問題が
生じる。

【００１３】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、寸法が異なるパッケージに対しても治具を
共用でき、治具の汎用性を高めることができ、生産能率
を著しく高めることができ、さらに装置の大型化および
複雑化を防ぐことができるマイクロパラレルシーム接合
装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、チップを収
容する外囲器の開口部に距形のキャップを載せ、このキ
ャップの対向する２辺に一対のテーパローラ電極を転接
させつつ両電極間に通電し、前記２辺を外囲器にシーム
接合するマイクロパラレルシーム接合装置において、前
記一対のテーパローラ電極を水平な共通Ｘ軸上で独立に
移動させる電極移動手段と、前記外囲器を保持し垂直な
Ｚ軸回りに回動可能なワークテーブルと、このワークテ
ーブルを前記Ｘ軸およびＺ軸に直交するＹ軸方向に移動
させるテーブル移動手段と、前記電極移動手段により前
記一対のテーパローラ電極を前記キャップの対向２辺に
位置合せし、前記キャップの対向２辺を前記Ｙ軸方向に
平行に保ちつつ前記テーブル移動手段により前記ワーク
テーブルを前記Ｙ軸方向に移動させる移動機構制御部と
を備えることを特徴とするマイクロパラレルシーム接合
装置により達成される。

【００１５】ここに治具は、同一サイズの多数のパッケ
ージを各辺が同一直線上に揃うように保持するものが望
ましい。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例の斜視図、図２は正
面図、図３は右側面図、図４は平面図、図５は電極移動
手段の概念を示す図、図６は治具とパッケージの保持位
置を示す図、図７は制御系の概念を示すブロック図であ
る。

【００１７】図１〜４において２０は基台であり、その
中央にはテーブル移動手段２２が前後に長く取付けられ
ている。このテーブル移動手段には図１に示すＸＹＺ直
交座標系でＹ軸方向（前後方向）に長いガイドレール
（図示せず）に乗りＹ軸方向に移動可能なワークテーブ
ル２４と、Ｙ軸方向に配設されたネジシャフト２６と、
このネジシャフト２６を回転させるＤＣサーボモータ２
８（図４）とを備える。

【００１８】ワークテーブル２４はこのネジシャフト２
６に螺合する移動ブロック（図示せず）に取付けられ、
ネジシャフト２６の回転により移動ブロックとともにＹ
軸方向に移動可能であり、また垂直軸（Ｚ軸）回りに回
動位置決め可能である。すなわちこの移動ブロックには
垂直なテーブル軸とＤＣサーボモータとが取付けられ、
このモータによりワークテーブル２４のＺ軸回りの角度
θを任意に変更可能となっている。

【００１９】３０はこのテーブル移動手段２２を跨ぐよ
うに配設されＸ軸方向に長い電極移動手段である。この
電極移動手段３０は、一対のテーパローラ電極３２（３
２ａ、３２ｂ）を水平かつ共通なＸ軸上で独立に移動さ
せるものである。

【００２０】すなわち共通Ｘ軸上に一対のネジシャフト
３４（３４ａ、３４ｂ）が配設され、これらはそれぞれ
ＤＣサーボモータ３６（３６ａ、２６ｂ）により独立に
回転駆動される。また各ネジシャフト３４にはそれぞれ
移動ブロック３８（３８ａ、３８ｂ）が螺合し、各移動
ブロック３８に取付けた接合ヘッド３９（３９ａ、３９
ｂ）にローラ電極３２がそれぞれ取付けられている。な
お図５で４０、４２、はそれぞれネジシャフト３４の軸
受、４４はこのネジシャフト３４とモータ３６とをつな
ぐカップリングである。

【００２１】またローラ電極３２が取付けられた接合ヘ
ッド３９は、各移動ブロック３８に取付けたＤＣサーボ
モータ４６（４６ａ、４６ｂ）により上下動可能であ
る。このローラ電極３２はキャップ７（図１１参照）に
接触した状態では重り４８（４８ａ、４８ｂ）の荷重に
よって接触圧が一定となる。

【００２２】ワークテーブル２４の上面には図６に示す
治具５０が固定されている。この治具５０は直交する２
辺５０ａ、５０ｂを持ち、これら２辺５０ａ、５０ｂに
矩型のパッケージ１０Ａ〜１０Ｄを当接させて保持す
る。各パッケージ１０Ａ〜１０Ｄは正方形とは限らず、
種々の長方形のものを含む。

【００２３】この装置は図７に示すようにＣＰＵ６０に
より全体が制御される。すなわち治具５０の取付け位
置、パッケージ１０の種類および寸法、接合電流の大き
さや通電時間などの接合条件等の種々のデータは、予め
フロッピーディスク６２にメモリされ、シーム接合する
パッケージ１０や治具５０に応じて適合するフロッピー
ディスク６２をＣＰＵ６０に読み込む。またデータはキ
ーボード６４から入力してもよい。これらのデータや制
御条件の設定はプラズマディスプレイ６６に表示されこ
れにより確認することができる。

【００２４】ＣＰＵ６０は入力された接合条件に基づい
て接合電源６８に指令を出し、ローラ電極３２に所定の
電流、電圧を供給する。またＣＰＵ６０はパッケージ１
０の固定位置に対応して移動機構制御部７０に位置制御
信号を送る。この移動機構制御部７０は、ワークテーブ
ル２４のＹ軸方向およびＺ軸回りの位置決めを行う治具
テーブル制御部７０ａと、接合ヘッド３９のＸ軸方向お
よび軸方向の位置決めを行う接合ヘッド制御部７０ｂと
を有する。

【００２５】治具テーブル制御部７０ａは、ワークテー
ブル２４をパッケージ１０の長・短辺がＹ軸方向に一致
するように回転位置決めする一方、前記テーブル移動手
段２２によりワークテーブル２４をＹ軸方向に直線移動
させる。接合ヘッド制御部７０ｂは、Ｙ軸方向に移動す
るパッケージ１０のキャップ７の対向２辺にローラ電極
３２ａ、３２ｂが転接するように、Ｘ軸方向の位置決め
をそれぞれ独立に行う。

【００２６】従ってこの装置を使用する際には、まずパ
ッケージ１０を治具５０に装着すると共に、その接合条
件等のデータをＣＰＵ６０に読み込ませる。そしてワー
クテーブル２４を回転させてパッケージ１０のキャップ
７の２辺をＹ軸方向に一致させる。ローラ電極３２はこ
の２辺に位置合せされて下降され、キャップ７の２辺に
押圧される。この状態でローラ電極３２に通電しながら
ワ−クテ−ブル２４をＹ軸方向に移動させ、この２辺の
シーム接合を行う。

【００２７】この２辺の接合が終ると、ワ−クテーブル
２４を９０°回転させて他の２辺をＹ軸方向に一致させ
る。そして前記した動作を繰り返してシーム接合を行
う。この際ローラ電極３２ａ、３２ｂは独立にＸ軸方向
に位置決め可能であるから、ワークテーブル２４の中心
からＸ軸方向に偏位したパッケージ１０でも接合可能と
なり、治具５０を変更したりパッケージ１０を固定し直
したりする必要がない。

【００２８】図８はこの装置に好適な治具５０Ａの一実
施例を示す平面図、図９はその分解した側面図、図１０
は一部を拡大した分解斜視図である。この治具５０Ａは
多数の同一形状のパッケージ１０ＥをＸＹ軸方向に並べ
て保持するものであり、基本的には出願人が特願平４ー
２７３４５１号で提案したものと同じである。

【００２９】これらの図で符号８０は保持基板であり、
アルミニウムなどの非磁性材でほぼ正方形に作られてい
る。この保持基板８０の上面には複数の円形の凹部８２
が形成されている。この実施例では横に９、縦に６の合
計５４の凹部８２が一定間隔で配列されている。

【００３０】８４は円盤状の永久磁石であり、凹部８２
に装填されている。この永久磁石８４は図４に示すよう
に、その中心を通る直線に対してその一方がＮ極に、他
方がＳ極に磁化されている。このためこの磁石８４の上
面は半分づつ異なる極性になる。磁石８４をこのように
構成することによって、磁石８４に吸引されるキャップ
に回転力が生じるのを防止している。

【００３１】８６はアルミニウムなどの非磁性材で作ら
れた位置決め板であり、保持基板８０の上面に重ねら
れ、適宜数のビス８８（実施例では１６ケ）により固定
される。この位置決め板８６には、永久磁石８４の上に
開口する位置決め孔９０が形成されている。この位置決
め孔９０は外囲器９２の位置決めを行うものである。

【００３２】なおこの位置決め板８６には、保持基板８
０に植設した２つの位置決めピン９４、９４（図８）が
係入するピン孔が形成され、このピン９４により位置決
め板８６の保持基板８０に対する正確な位置決めがなさ
れる。

【００３３】次にこの治具の使用方法を説明する。この
治具は、キャップ９６を載せる前の外囲器９２を位置決
め孔９０に予め収容した状態で、ワークテーブル（図示
せず）に固定される。このワークテーブルは水平方向お
よび回転方向に位置決め可能である。

【００３４】このワークテーブルの上方には水平方向お
よび上下方向に移動可能な吸引ヘッド（図示せず）が配
設され、キャップ９６を１つづつ負圧により吸着して各
位置決め孔９０内の外囲器９２上に運ぶ。この時吸引ヘ
ッドとワークテーブルとの相対移動により両者の正確な
位置合せが行われる。そして吸引ヘッドが下降してキャ
ップ９６を外囲器９２に重ね、負圧による吸着を解除し
て吸引ヘッドを上昇させれば、キャップ９６は吸引ヘッ
ドから開放されて外囲器９２上に残る。

【００３５】このキャップ９６が外囲器９２に載る時に
は、キャップ９６および外囲器９２は永久磁石８４によ
る磁界が通る磁路の一部となる。この磁界はＮ極からＳ
極に向う。このためキャップ９６は外囲器９２に強固に
吸着され、キャップ９６の移動が防止される。

【００３６】このようにして全ての位置決め孔９０の外
囲器９２にキャップ９６を載置した後、この治具全体が
仮止め装置のワークテーブルに固定され、一対の仮止め
電極をキャップ９６の対向縁に押圧して通電することに
より、外囲器９２上にキャップ９６が仮止めされる。こ
のようにして全ての位置決め孔９０の外囲器９２にキャ
ップ９６を仮止めした治具５０Ａは前記図１〜７に説明
したワークテーブル２４に固定される。

【００３７】そして一対のテーパ付きローラ電極３２
ａ、３２ｂをキャップ９６の対向縁に上方から転接させ
つつ通電し、シーム接合を行う。ワークテーブル２４と
ローラ電極３２とを移動させながら全ての位置決め孔９
０のキャップ９６をシーム接合する。

【００３８】この時Ｙ軸方向に一列に並んだ全てのキャ
ップ９６のＹ軸方向の２辺を連続してシーム接合するの
が望ましい。そしてワークテーブル２４を往復させつつ
ローラ電極３２を順次Ｘ軸方向に移動させて全てのＹ軸
方向の２辺を接合した後、テーブル２４を９０°回転さ
せて他の２辺を同様に接合すれば、多数のキャップ９６
を能率よく接合することができる。

【００３９】なお上記実施例では外囲器とキャップをあ
らかじめ仮止めした後治具５０Ａをワークテーブル２４
に固定するようにした。しかし本発明は仮止めをせずに
ワークテーブル２４に外囲器を固定し、仮止めとシーム
接合をローラ電極を用いて時分割で行ってもよい。例え
ばローラ電極で治具上の全てのキャップを順に仮止めし
た後同じローラ電極で全てのキャップをシーム接合する
ことができる。また１つのキャップごとに仮止めとシー
ム接合とを同じローラ電極で時間的にずらせて行い、キ
ャップを１つづつシーム接合を完了させていってもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、一対の
テーパローラ電極を水平な共通Ｘ軸上で独立に移動させ
る一方、ワークテーブルをＹ軸方向に移動可能かつＺ軸
回りに回動位置決め可能にしたものであるから、ワーク
テーブルに保持されるパッケージの対向２辺の位置がＸ
軸方向に変化してもテーパーローラ電極をこれに追随さ
せて移動することができる。このためパッケージのＸ軸
方向の位置を高精度に管理する必要がなくなり、パッケ
ージをワークテーブルに保持する治具の精度を落すこと
ができる。

【００４１】また寸法が異なるパッケージに対してもテ
ーパーローラ電極のＸ軸方向の位置決めだけで対応する
ことができ、治具の汎用性を高めることができる。この
ためパッケージの種類が変わる度に治具を交換する必要
がなくなり、生産能率を著しく高めることができる。

【００４２】一方ワークテーブルをＸ軸方向に移動可能
にするためには新たにガイドレールなどを設ける必要が
生じるが、ローラ電極はもともとＸ軸上で移動可能に作
られているから、装置の複雑化および大型化も最小限に
抑えることが可能である。また治具には多数のパッケー
ジのキャップを一直線上に揃えて保持可能とすれば、こ
れらパッケージを一層能率よくシーム接合することがで
きる（請求項２）。

【００４３】また外囲器およびキャップの位置情報や接
合条件などのデータはフロッピーディスクにメモリして
おき、このデータを読み込んで制御するようにすること
ができる（請求項３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の斜視図

【図２】正面図

【図３】右側面図

【図４】平面図

【図５】電極移動手段の概念を示す図

【図６】治具とパッケージの保持位置を示す図

【図７】制御系の概念を示すブロック図

【図８】治具の他の実施例を示す平面図

【図９】ぞの分解した側面図

【図１０】一部を拡大した分解斜視図

【図１１】パッケージの断面図

【図１２】シーム接合法の説明図

【図１３】従来装置のローラ電極移動手段の概念を示す
図

【符号の説明】

３、９２ 外囲器 ４ チップ ７、９６ キャップ １０Ａ〜１０Ｅ パッケージ ２２ テーブル移動手段 ２４ ワークテーブル ３０ 電極移動手段 ３２ ローラ電極 ５０、５０Ａ 治具 ７０ 移動機構制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チップを収容する外囲器の開口部に距形
   のキャップを載せ、このキャップの対向する２辺に一対
   のテーパローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、
   前記２辺を外囲器にシーム接合するマイクロパラレルシ
   ーム接合装置において、前記一対のテーパローラ電極を
   水平な共通Ｘ軸上で独立に移動させる電極移動手段と、
   前記外囲器を保持し垂直なＺ軸回りに回動可能なワーク
   テーブルと、このワークテーブルを前記Ｘ軸およびＺ軸
   に直交するＹ軸方向に移動させるテーブル移動手段と、
   前記電極移動手段により前記一対のテーパローラ電極を
   前記キャップの対向２辺に位置合せし、前記キャップの
   対向２辺を前記Ｙ軸方向に平行に保ちつつ前記テーブル
   移動手段により前記ワークテーブルを前記Ｙ軸方向に移
   動させる移動機構制御部とを備えることを特徴とするマ
   イクロパラレルシーム接合装置。
2. 【請求項２】 前記ワークテーブルには、複数の外囲器
   に載置されたキャップの各辺を一直線上に揃えて保持す
   る外囲器保持治具が取付けられている請求項１のマイク
   ロパラレルシーム接合装置。
3. 【請求項３】 前記ワークテーブルに保持される外囲器
   およびキャップの位置と接合条件はフロッピーディスク
   にメモリされ、前記移動機構制御部はこのフロッピーデ
   ィスクのデータを用いて制御する請求項１または２のマ
   イクロパラレルシーム接合装置。